分享五種不同的5G專網(wǎng)部署方案

以太網(wǎng)、Wi-Fi和LTE等技術(shù)已被廣泛部署為專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)解決方案，如今5G也已加入到這一組合中。IDC 預(yù)測，2024 年全球?qū)Ｓ?5G 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施市場將達(dá)到 57 億美元。預(yù)計到2028年，專用5G網(wǎng)絡(luò)市場規(guī)模將達(dá)到142.8億美元，2021年至2028年的復(fù)合年增長率將達(dá)到39.7%。



| 5G專網(wǎng)架構(gòu)

5G專網(wǎng)的部署方案

3GPP標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種5G專網(wǎng)部署模式：SNPN和PNI-NPN。



| 集成的5G 專網(wǎng) VS 獨(dú)立的5G 專網(wǎng)

SNPN，就是“獨(dú)立部署模式”

在沒有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商參與的情況下，企業(yè)獨(dú)立部署從基站到核心網(wǎng)到云平臺的整個5G網(wǎng)絡(luò)，可以與運(yùn)營商的5G公網(wǎng)隔離。這張網(wǎng)可以由企業(yè)自己建設(shè)，也可以由運(yùn)營商建設(shè)。

PNI-NPN，就是“公網(wǎng)專用”

指企業(yè)可通過與運(yùn)營商5G公網(wǎng)共享RAN，或者共享RAN 和控制平面、RAN 和核心網(wǎng)，或者端到端共享5G公網(wǎng)（端到端網(wǎng)絡(luò)切片）的方式來部署5G專網(wǎng)；

下面列出了不同類型的擴(kuò)展部署選項(xiàng)：

1.企業(yè)自建5G局域網(wǎng)（完全私有，本地5G頻率，不共享）

企業(yè)在其場地（站點(diǎn)/建筑）內(nèi)部署全套5G網(wǎng)絡(luò)（gNB，UPF，5GC CP，UDM，MEC）。企業(yè)中的5G頻率是本地5G頻率，而不是移動運(yùn)營商的授權(quán)頻率。訂閱和用戶信息將直接由企業(yè)本地存儲。企業(yè)自建5G局域網(wǎng)，可擺脫傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)和無線局域網(wǎng)的煩惱。

2.移動運(yùn)營商構(gòu)建獨(dú)立專用的 5G 局域網(wǎng)（完全私有、許可頻率、不共享）

由移動運(yùn)營商構(gòu)建獨(dú)立專用的 5G 局域網(wǎng)與方案1類似。唯一的區(qū)別是企業(yè)的 5G 局域網(wǎng)是移動運(yùn)營商使用自己許可的5G頻率構(gòu)建和運(yùn)營的。

3.公網(wǎng)和專網(wǎng)之間的RAN 共享

UDM、5GC CP 和 UPF 部署在企業(yè)內(nèi)部，并與公共網(wǎng)絡(luò)在物理上是隔離的，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)在本地處理。5G 基站 (gNB) 和頻譜在公共和專用網(wǎng)絡(luò)之間共享（也就是 RAN 共享）。

屬于私有切片（專用網(wǎng)絡(luò)）設(shè)備的數(shù)據(jù)流量被傳遞到企業(yè)中的私有UPF，屬于公共切片（公用網(wǎng)絡(luò)）的設(shè)備的數(shù)據(jù)流量交付給移動運(yùn)營商的邊緣云的UPF。換句話說，內(nèi)部設(shè)備控制的數(shù)據(jù)、內(nèi)部視頻數(shù)據(jù)等之類的專用網(wǎng)絡(luò)流量僅保留在企業(yè)中，而像語音和Internet之類的公共網(wǎng)絡(luò)服務(wù)流量則被傳輸?shù)揭苿舆\(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)。

盡管基站是在邏輯上而不是物理上分離的，但在RAN級別的私有網(wǎng)絡(luò)中收集數(shù)據(jù)信息幾乎是不可能的，因此企業(yè)中專有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的安全性得到了保證。

4.公網(wǎng)和專網(wǎng)之間的RAN 和控制平面共享

企業(yè)中的5G基站（GNB）和移動運(yùn)營商邊緣云中的5GC CP、UDM在專用網(wǎng)絡(luò)和公共網(wǎng)絡(luò)之間共享（RAN和控制平面共享），私人專用的UPF、MEC內(nèi)置于企業(yè)中。gNB、5gcp和udm在專用網(wǎng)和公用網(wǎng)之間邏輯上分隔，UPF和MEC在物理上分隔。專網(wǎng)（私有切片）和公網(wǎng)流量分別傳輸?shù)狡髽I(yè)的私有UPF和MNO邊緣云的UPF。

屬于私有切片（專用網(wǎng)絡(luò)）設(shè)備的數(shù)據(jù)流量被傳遞到企業(yè)中的私有UPF，屬于公共切片（公用網(wǎng)絡(luò)）的設(shè)備的數(shù)據(jù)流量被傳遞到移動運(yùn)營商邊緣的UPF。專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和公用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制平面功能（身份驗(yàn)證，移動性等）由移動運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中的5GC CP和UDM執(zhí)行。

5.公網(wǎng)和專網(wǎng)之間的RAN 和核心共享（端到端網(wǎng)絡(luò)切片）

當(dāng)gNB部署在企業(yè)內(nèi)部，UPF和MEC只存在于移動運(yùn)營商的邊緣云中時，專用網(wǎng)和公網(wǎng)共享“邏輯上分離的5G RAN和核心”（GNB、UPF、5GC、MEC、UDM）（端到端網(wǎng)絡(luò)切片）。

與UPF和MEC位于企業(yè)中的方案3、4不同，在這種情況下，企業(yè)中只有g(shù)NB。私有5G設(shè)備與Intranet（LAN）設(shè)備（PC或本地Intranet服務(wù)器）之間沒有本地流量路徑，因此流量必須到達(dá)運(yùn)營商邊緣云中的UPF，然后通過專線回到企業(yè)內(nèi)部，與局域網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行通信。

此外，為企業(yè)中的5G設(shè)備提供5G應(yīng)用服務(wù)的MEC位于移動運(yùn)營商邊緣云中。

5G專網(wǎng)VS網(wǎng)絡(luò)切片

網(wǎng)絡(luò)切片

客戶需要多個端到端獨(dú)立的邏輯網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)切片將一個物理網(wǎng)絡(luò)端到端地分割成虛擬網(wǎng)絡(luò)切片，每個切片都能夠獨(dú)立控制。每個切片可能擁有其他切片中未使用的專用資源（核心、接入和傳輸），因此可以對其進(jìn)行優(yōu)化以滿足 5G 生態(tài)系統(tǒng)的不同性能要求。

運(yùn)營商可以創(chuàng)建多個切片，例如 RAN、核心和傳輸切片。每個單獨(dú)的域都有一個控制器、RAN 控制器、核心控制器、傳輸控制器和端到端編排器。

國際電信聯(lián)盟（ITU）開發(fā)了三種使用場景，隨后被3GPP采用為三個標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)切片。5G專網(wǎng)將為每個使用場景生成一組網(wǎng)絡(luò)切片，如下圖所示。

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eMBB（增強(qiáng)型移動寬帶）切片

要求為用戶提供高吞吐量，適合對延遲不太敏感的突發(fā)流量。

URLLC（超可靠低延遲通信）切片

適合自動駕駛汽車、AR/VR等應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序具有非常嚴(yán)格的往返延遲時間（RTT）。其中一些是任務(wù)關(guān)鍵型的應(yīng)用程序，需要高度的可靠性。

mMTC（大規(guī)模機(jī)器類型通信）切片

適合需要連接大量設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)等服務(wù)，這些設(shè)備本質(zhì)上可能不需要極高的傳輸速度或低延遲。

客戶（例如本田）信息娛樂部分的端到端網(wǎng)絡(luò)切片的邏輯流程如下圖所示，網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)級別協(xié)議 (SLA) 的預(yù)算為 10 Mb/s。



| 端到端網(wǎng)絡(luò)切片的邏輯流程

客戶門戶向運(yùn)營商發(fā)送請求，運(yùn)營商使用其網(wǎng)絡(luò)切片藍(lán)圖（模板）來生成網(wǎng)絡(luò)切片配置文件。之后會經(jīng)歷各種分解，觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)中的各種動作。

向NFV編排器 (NFVO) 發(fā)送請求，NFVO正在創(chuàng)建虛擬 RAN和/或虛擬核心；

向 RAN 控制器發(fā)出請求以創(chuàng)建 RAN 切片；

向5G核心控制器發(fā)送創(chuàng)建核心切片的請求；

向傳輸切片控制器發(fā)出請求，以創(chuàng)建該控制器、RAN 和核心之間的連接；

最后，縫合所有這些切片，為特定客戶創(chuàng)建一個端到端網(wǎng)絡(luò)切片。

企業(yè)決定選擇網(wǎng)絡(luò)切片還是5G專網(wǎng)在很大程度上將取決于技術(shù)的成本、成熟度和信任度。

專用5G網(wǎng)絡(luò)即服務(wù) (5G-NaaS)

專用 5G 網(wǎng)絡(luò)即服務(wù) (5G-NaaS) 是網(wǎng)絡(luò)編排器之上的API，它允許具有適當(dāng) IT 技能的第三方客戶要求根據(jù)其業(yè)務(wù)需求調(diào)整特定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。它開發(fā)了可供企業(yè)客戶訪問的定制模板，以指定位置、持續(xù)時間、QoS、補(bǔ)充服務(wù)等方面的各種要求。

供應(yīng)商的 5G-NaaS 模型可能是“零資本支出”，它是一個完整的托管解決方案，使 MNO 和 MSP 能夠快速、安全地向企業(yè)提供專用 5G 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如下圖所示。

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5G-NaaS可以將客戶從供應(yīng)商的鎖定中解放出來，提供更大的靈活性、有競爭力的價格、經(jīng)濟(jì)高效的擴(kuò)展以及更快的創(chuàng)新，從而顯著降低成本。5G-NaaS 供應(yīng)商可以幫助企業(yè)體驗(yàn)運(yùn)營商級專用 5G 網(wǎng)絡(luò)，以低延遲、高帶寬、端到端安全性和增強(qiáng)的覆蓋范圍運(yùn)行其關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用程序。它們還可以跨多個企業(yè)站點(diǎn)提供安全、快速的移動性。

5G專網(wǎng)開源項(xiàng)目

隨著5G不斷發(fā)展，出現(xiàn)了諸如Magma core、srsRAN 、Aether等開源項(xiàng)目。下文討論了用于構(gòu)建針對用戶設(shè)備 (UE) 的開源 RAN 的各種開源項(xiàng)目。

Magma core

Magma是由Meta 開發(fā)并開源給Linux基金會的開源移動核心網(wǎng)項(xiàng)目，旨在幫助電信運(yùn)營商快速，輕松地部署移動網(wǎng)絡(luò)?？赏ㄟ^提供以軟件為中心的分布式移動數(shù)據(jù)包核心和用于自動化網(wǎng)絡(luò)管理的工具來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。這種容器化的網(wǎng)絡(luò)功能與移動網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有后端集成在一起，可輕松在網(wǎng)絡(luò)邊緣啟動新服務(wù)。



Magma 具有三個主要組成部分：

接入網(wǎng)關(guān)：接入網(wǎng)關(guān) (AGW) 提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和策略實(shí)施，它可以與現(xiàn)有的、未經(jīng)修改的商業(yè)無線電硬件配合使用。

Orchestrator： Orchestrator 是一項(xiàng)云服務(wù)，提供簡單一致的方式來安全地配置和監(jiān)控?zé)o線網(wǎng)絡(luò)。Orchestrator 可以托管在公有/私有云上，可通過該平臺獲取的指標(biāo)查看無線用戶的分析和流量。

Federation網(wǎng)關(guān)：Federation網(wǎng)關(guān)通過標(biāo)準(zhǔn)的3GPP接口與現(xiàn)有的MNO組件集成MNO核心網(wǎng)與Magma。它充當(dāng) Magma AGW 和運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)之間的代理，并促進(jìn)核心功能，例如身份驗(yàn)證、數(shù)據(jù)計劃和策略執(zhí)行，以保持現(xiàn)有MNO網(wǎng)絡(luò)和擴(kuò)展后的Magma網(wǎng)絡(luò)之間的統(tǒng)一。

5G OpenRAN

OpenRAN (開放無線接入網(wǎng)絡(luò))使用開放、可互操作的接口和協(xié)議來部署專用 5G 移動網(wǎng)絡(luò)。與傳統(tǒng) RAN 相比，它提供了更高的靈活性，并提供了另一種部署網(wǎng)絡(luò)的方式，保證了供應(yīng)商競爭、多供應(yīng)商互操作性、降低運(yùn)營成本以及整個 RAN 的安全性。

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OpenRAN 主要強(qiáng)調(diào)供應(yīng)商中立的軟件和硬件，使用社區(qū)開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)和開放接口，使 MSP 能夠?qū)⒁粋€提供商的RAN與另一提供商的 RAN 應(yīng)用程序一起使用。5G專網(wǎng)的部署對可用頻譜、處理硬件、空間、環(huán)境等有獨(dú)特的要求。OpenRAN 解決方案可根據(jù)企業(yè)用例和部署環(huán)境選擇多供應(yīng)商硬件和軟件。

OpenRAN包括三個主要元件，即RU、DU和CU。這些元素之間的接口是OpenRAN的重點(diǎn)。

ONFAether

Aether是由ONF推出的，第一個用于企業(yè) 5G 連接邊緣云即服務(wù)的開源平臺。Aether匯集了各種開源組件，通過無線頻譜提供連接性即服務(wù)，如CBRS和授權(quán)的4G或5G。

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Aether構(gòu)建在CORD和ONOS平臺上，運(yùn)行在編排好的Kubernetes環(huán)境中。Aether分解了CORD，并將必要的元素放在邊緣或公有云中，然后通過云提供商的API將它們連接起來。Aether還使用ONF的移動核心（OMEC）將用戶和控制平面分布在邊緣和中心云上。OMEC提供控制平面在遠(yuǎn)程邊緣位置控制多個用戶平面（以提供邊緣云即服務(wù)部署）的能力。

除了專用4G/5G連接外，Aether更大的愿景是邊緣云服務(wù)平臺?；诓煌?wù)質(zhì)量的4G/5G連接，Aether可以在錯綜復(fù)雜的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中給不同的業(yè)務(wù)或設(shè)備提供邊緣云服務(wù)。與現(xiàn)有的Wi-Fi服務(wù)相比，Aether的設(shè)計目標(biāo)是基于4G/5G連接，提升網(wǎng)絡(luò)連接的可靠性、容量和安全性，同時無縫支持市場上主流云提供商的邊緣服務(wù)的部署，例如AWS和Google Cloud等。

ETSIOSM

OSM是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會 (ETSI) 領(lǐng)導(dǎo)下的由運(yùn)營商驅(qū)動的開源MANO社區(qū)項(xiàng)目，旨在共同創(chuàng)新、創(chuàng)建并提供與ETSI NFV密切配合的MANO堆棧，OSM的愿景是提供滿足商業(yè)NFV網(wǎng)絡(luò)需求的生產(chǎn)環(huán)境的開源MANO堆棧。

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ETSI NFV 提出了一種架構(gòu)，讓 MNO 以自動化、高性能和彈性的方式虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能。這些用例與 5G 專網(wǎng)相關(guān)，OpenStack在大多數(shù)實(shí)現(xiàn)中充當(dāng)虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施管理器(VIM)。OSM和ONAP等開源項(xiàng)目可通過5G網(wǎng)絡(luò)交付的高帶寬、高容量和超低延遲，幫助跨不同站點(diǎn)的專有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。5G-Transformer 是一個基于 OSM 的開源項(xiàng)目，通過為醫(yī)療、汽車、媒體等垂直業(yè)務(wù)提供編排和切片，將網(wǎng)絡(luò)切片引入傳輸網(wǎng)絡(luò)。這些基于 OSM 的項(xiàng)目展示了 5G 技術(shù)在 NFV 上的實(shí)際業(yè)務(wù)用例。

srsRAN

srsRAN 由 Software Radio Systems (SRS) 開發(fā)，是一個開源的 SDR 4G/5G 軟件套件，具有 UE 和 eNodeB/gNodeB 應(yīng)用，可以與第三方核心網(wǎng)絡(luò)解決方案一起使用，以建立完整的端到端移動無線網(wǎng)絡(luò)。

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srsRAN在基于linux的操作系統(tǒng)上作為應(yīng)用程序運(yùn)行，并提供具有高速性能和移動連接的標(biāo)準(zhǔn)LTE網(wǎng)絡(luò)接口。

srsRAN 套件包括：

srsUE ：全棧 SDR 4G/5G-NSA UE 應(yīng)用程序

srsENB ：全棧 SDR 4G eNodeB 應(yīng)用程序

srsEPC ：具有 MME、HSS 和 S/P-GW 的輕量級 4G 核心網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)

審核編輯：劉清